Khám phá cấu tạo, nguyên lý và công dụng của hộp số ô tô

Phân biệt xe số sàn hay xe số tự động dựa vào hộp số ô tô

1. Hộp số ô tô là gì?

Hộp số ô tô là bộ phận có công dụng truyền sức mạnh từ động cơ đến hệ dẫn động của xe, dựa trên việc thay đổi tỷ số truyền, nhờ đó dẫn tới thay đổi mô men xoắn ở các bánh xe khiến cho người điều khiển có thể tăng giảm tốc độ xe theo ý muốn.

Trên thị trường hiện nay phổ biến 2 loại hộp số ô tô là hộp số sàn và hộp số tự động dành cho 2 loại xe tương ứng. Trong các loại hộp số tự động, thường gặp nhất là hộp số tự động truyền thống, tự động ly hợp kép DCT và tự động vô cấp CVT. Cấu tạo cũng như nguyên lý làm việc của mỗi loại hộp số ô tô đều có sự khác nhau.

Hộp số ô tô là bộ phận có công dụng truyền sức mạnh từ động cơ đến hệ dẫn động của xe, dựa trên việc thay đổi tỷ số truyền

2. Vai trò, công dụng của hộp số ô tô

1. Hộp số ô tô dùng để thay đổi tỉ số truyền động, từ đó dẫn đến thay đổi mô men xoắn ở các bánh xe chủ động của xe, đồng thời thay đổi tốc độ chạy xe để phù hợp với sức cản bên ngoài.
2. Hộp số của xe ô tô còn có công dụng giúp thay đổi chiều chuyển động của xe (đi tiến và đi lùi).
3. Một công dụng khác của hộp số ô tô nữa là tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong một khoảng thời gian theo ý người lái mà không cần tắt máy và mở ly hợp.

Hộp số của xe ô tô có công dụng giúp thay đổi chiều chuyển động của xe (đi tiến và đi lùi)

1. Dẫn động lực học ra ngoài cho các bộ phận có chức năng công tác của xe chuyên dụng.
2. Kinh tế và tính động lực học của ô tô được nâng cao bởi những hộp số phải có đủ tỉ số truyền động một cách hợp lý.
3. Yêu cầu của hộp số xe ô tô là phải có hiệu suất truyền lực cao, khi làm việc không tạo ra tiếng ồn, sang số nhẹ nhàng và không sinh lực va đập ở các bánh răng của xe.

3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của từng loại hộp số xe ô tô

Đối với mỗi loại ô tô số sàn hoặc ô tô số tự động thì hộp số tương ứng của chúng cũng có sự khác nhau về cấu tạo và nguyên lý hoạt động

3.1. Hộp số sàn có cấu tạo và nguyên lý thế nào?

Hộp số sàn (MT - Manual Transmission) là loại hộp số được trang bị cho những dòng ô tô số sàn. Khi điều khiển xe với hộp số sàn, người lái sử dụng cần số gạt tay để sang số, thay đổi tỷ số truyền động. Vì thế, hộp số sàn còn có tên gọi là số tay.

Cấu tạo hộp số sàn

Hộp số sàn bao gồm các bộ phận: bánh răng, trục hộp số, ổ bi, bộ đồng tốc, được bao bọc dưới lớp vỏ và nắp hộp số.

- Bánh răng: Đây là bộ phận chính, đảm nhận nhiệm vụ thay đổi tỷ số truyền động, từ đó dẫn đến thay đổi tốc độ quay giữa các chi tiết máy.

Hộp số sàn còn có tên gọi là số tay

- Trục hộp số: Hộp số dọc thường có 3 trục bao gồm Trục sơ cấp – Trục trung cấp – Trục thứ cấp. Hộp số ngang gồm có 2 trục là Trục sơ cấp – Trục thứ cấp.

- Ổ bi: Bộ phận này giúp chuyển hóa lực ma sát trượt thành lực ma sát lăn, từ đó làm giảm tiếng ồn của các chi tiết máy trong quá trình hoạt động và giảm ma sát có hại, giúp hộp số kéo dài tuổi thọ. 

- Bộ đồng tốc: Bộ phận này tạo nên sự đồng đều trong tốc độ của các bánh răng khi vào số, tránh gặp cho các bánh răng bị va đập. Nhờ vậy, quá trình vào số của xe sẽ nhẹ nhàng và dễ dàng hơn. 

- Vỏ và nắp hộp số: Bao quanh các bộ phận bên trong hộp số, có nhiệm vụ bảo vệ cácbộ phận này tránh khỏi hư hại khi va đập.

Nguyên lý hoạt động khi xe vào số tiến

Sau khi người lái thao tác, từ động cơ, mô men lực thông qua bộ ly hợp sẽ được truyền tới hộp số. Trục sơ cấp (tức đầu vào) của hộp số sẽ là nơi tiếp nhận mô men này. Sau đó, cặp bánh răng trung gian của cấp số tiến tương ứng mà người lái chuyển sang sẽ ăn khớp với nhau và truyền động lực đến trục thứ cấp (tức đầu ra).
Số tiến có mô hình truyền lực như sau:
Động cơ >> bộ ly hợp >> trục sơ cấp của hộp số (đầu vào) >> trục trung gian >> trục thứ cấp (đầu ra) >> trục dẫn động.

Nguyên lý hoạt động của số lùi

Khi người lái chuyển cần số giảm về số lùi, bánh răng nhỏ trung gian của chế độ số lùi (idle gear) sẽ ăn khớp với bánh răng thứ cấp và bánh răng trung gian. Lúc này, bánh răng trung gian sẽ làm nhiệm vụ dẫn động cho bánh răng thứ cấp, nhưng thông qua bánh răng trung gian khác làm đảo chiều quay của bánh răng thứ cấp khiến trục thứ cấp chuyển động ngược chiều. Nhờ đó xe ô tô có thể di chuyển lùi đúng như ý định của tài xế.

3.2. Cấu tạo và nguyên lý của hộp số tự động AT

Hộp số tự động (AT - Automatic Transmission) là loại hộp số được sử dụng trên các dòng xe số tự động. Hộp số tự động có thể tự thay đổi tỷ số truyền động mà không cần người lái thao tác tay sử dụng cần gạt. Loại hộp số tự động được sử dụng nhiều nhất hiện nay là loại hộp số tự động thủy lực.

Hộp số tự động có thể tự thay đổi tỷ số truyền động mà không cần người lái thao tác tay sử dụng cần gạt

Cấu tạo của hộp số tự động

- Bộ bánh răng hành tinh: gồm bánh răng mặt trời nằm ở chính giữa và có kích thước lớn nhất cùng các bánh răng hành tinh khác nhỏ hơn nằm ở xung quanh bánh răng mặt trời. Bộ bánh răng hành tinh cùng ăn khớp và xoay quanh bánh răng mặt trời. Lồng hành tinh (tức cần dẫn) là bộ phận liên kết với trục của các bánh răng hành tinh, đồng trục với vành đai ngoài (là bộ phận bao quanh bộ các bánh răng hành tinh).
- Bộ ly hợp thủy lực: đĩa ma sát của bộ ly hợp sẽ ăn khớp với vành đai bao ngoài bộ các bánh răng hành tinh và di chuyển dựa theo vành đai ngoài.
- Biến mô thủy lực: bộ phận nằm giữa hộp số và động cơ, có tác dụng truyền mô men xoắn đi từ động cơ tới trục vào hộp số.
- Bộ điều khiển điện tử: sử dụng tính năng cảm biến để ghi nhận thông tin đầu vào, sau đó xử lý thông tin để cung cấp dòng điện tới các van có tác dụng đóng mở đường dầu đến các ly hợp

Nguyên lý hoạt động khi lái xe sang số tiến

Mỗi số sẽ có một bộ bánh răng hành tinh và bộ ly hợp tương ứng (các số 1, 2, 3, 4, 5). Từ biến mô, mô men xoắn đi từ trục khuỷu của động cơ truyền đến bộ phận trục vào của hộp số. Sau đó, nếu muốn truyền mô men xoắn tới trục ra, cần phải có 2 ly hợp được đóng lại. Khi đó, bảng điều khiển điện tử sẽ thực hiện nhiệm vụ đóng mở đường dầu dẫn đến các ly hợp theo nhu cầu giúp xe vào số. Để xe sang số tiến, ly hợp tiến và ly hợp số tương ứng sẽ cùng được đóng.
Nếu chỉ có ly hợp số 2 đóng lại mà ly hợp còn lại không đóng thì mô men xoắn không thể truyền tới trục ra của hộp số, lúc này xe sẽ duy trì ở chế độ số N trung gian.

Để xe sang số tiến, ly hợp tiến và ly hợp số tương ứng sẽ cùng được đóng

Nguyên lý hoạt động khi xe sang số lùi 

Khi lái xe điều khiển xe đi lùi, ly hợp số 2 và ly hợp số 5 của hộp số cùng được đóng lại. Ngay khi ly hợp số 2 đóng, vành đai ngoài của bộ bánh răng hành tinh số 2 sẽ được giữ cố định. Ngay khi ly hợp số 5 đóng, nó cho phép mô men xoắn được truyền từ trục biến mô sang trục của bánh răng mặt trời (áp dụng đối với loại hộp số tự động có 5 số tiến và 1 số lùi). Mô men xoắn sẽ đảo chiều khi truyền từ trục bánh răng mặt trời qua bộ bánh răng hành tinh số 2 và số 3, sau đó chuyển đến trục ra của hộp số giúp xe có thể di chuyển lùi. 

3.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hộp số tự động vô cấp CVT

Hộp số tự động vô cấp (hay CVT - Continuously Variable Transmission) là loại hộp số có thể thay đổi tỷ số truyền lực mà không cần chia theo từng cấp số.

Hộp số tự động vô cấp là loại hộp số có thể thay đổi tỷ số truyền lực mà không cần chia theo từng cấp số

Cấu tạo của hộp số tự động vô cấp CVT

Cấu tạo của hộp số tự động vô cấp CVT bao gồm 2 phần: dây đai truyền động bằng thép cùng với hệ pulley. 

Hệ pulley gồm có pulley đầu vào (tức pulley chủ động) tiếp nhận mô men do động cơ truyền tới và pulley đầu ra (tức pulley bị động) có tác dụng kết nối với đầu ra của hộp số. Mỗi pulley được thiết kế bởi 2 khối hình chóp đối đỉnh với nhau và tạo thành một góc nghiêng 20 độ. Một nửa pulley được giữ ở một vị trí cố định và nửa còn lại có thể trượt trên trục nên mỗi khi vận hành chúng có thể di chuyển ra cách xa nhau hoặc tiến lại gần nhau, điều này tạo nên sự thay đổi của tỷ số truyền.

Hệ pulley ở hộp số tự động vô cấp

Nguyên lý hoạt động khi vào số tiến

Bộ điều khiển thủy lực thực hiện điều khiển pulley giúp hệ pulley di chuyển cách xa nhau hoặc tiến lại gần, chính từ sự thay đổi bán kính pulley đã dẫn tới thay đổi tỷ số truyền. Khi cách xa nhau, bán kính pulley tăng lên, dây đai truyền động sẽ được nâng ra cách xa tâm. Ngược lại, khi bán kính pulley giảm xuống, dây đai sẽ lại gần tâm hơn. Muốn động cơ tạo số cao, bán kính của pulley chủ động cần có kích thước lớn, pulley bị động cần có bán kính nhỏ và ngược lại.

Nguyên lý hoạt động khi vào số lùi

Để xe có thể vào số lùi, nhà sản xuất sẽ lắp thêm phía trước đầu vào của hệ truyền đai 1 bộ bánh răng hành tinh và bộ ly hợp giống với của hộp số tự động. Bộ ly hợp làm nhiệm vụ cố định vành đai, từ đó khiến bánh răng hành tinh quay ngược chiều so với bánh răng mặt trời. Nhờ đó, hộp số có thể quay ngược chiều và cho ra số lùi. 

Còn với số tiến bình thường, bánh răng mặt trời có thể quay nhờ vào động cơ dẫn động và kéo theo các bánh răng hành tinh quay cùng chiều với nhau, khiến cho cần dẫn quay và truyền lực đến cho pulley chủ động. 

3.4. Hộp số ly hợp kép DCT

Loại hộp số ly hợp kép (hay DCT - Dual-Clutch Transmission) là loại hộp số có cấu tạo tương tự với hộp số sàn, có hệ thống bánh răng. Tuy nhiên, thay vì sử dụng cần gạt tay, hộp số ly hợp kép sẽ tự động chuyển số với bộ điều khiển giống với hộp số tự động truyền thống. Thông qua bộ ly hợp, bộ điều khiển sẽ sử dụng các tín hiệu cảm biến để chi phối các bánh răng, giúp cho xe có thể thay đổi tỷ số truyền động.

Hộp số ly hợp kép gồm có 2 ly hợp làm việc độc lập

4. Khi nào xe cần phải thay dầu hộp số ô tô?

Theo khuyến cáo, khi xe lăn bánh được khoảng 40.000km thì chủ xe nên thay dầu nhớt cho hộp số. Con số này đều được áp dụng cho hộp số tự động, số sàn và cả số vô cấp. Nếu hộp số ô tô không được bảo dưỡng và sửa chữa kịp thời, rất có thể sẽ xuất hiện những dấu hiệu lạ của hộp số như:

- Chuyển động giật cục mỗi khi sang số, tạo tiếng ồn bất thường báo hiệu có trục trặc trong hoạt động của hộp số.

- Rò rỉ dầu hộp số có thể gây ra tác hại cho các vùng khác của xe.

Thay dầu đúng thời điểm giúp cho hộp số ô tô được vận hành trơn tru

- Có mùi lạ phát ra từ hộp số như mùi khét, mùi dầu cháy.

- Hộp số trở nên kém nhạy, không kịp thời phản ứng được với các thao tác của lái xe.

Bài viết trên đây đã thông tin tới bạn đọc những kiến thức hữu ích về cấu tạo, nguyên lý và công dụng của hộp số ô tô. Mong rằng bạn có thể lựa chọn cho mình dòng xe với hộp số ô tô phù hợp cũng như biết cách nhận biết các vấn đề của hộp số để có thể bảo dưỡng, sửa chữa kịp thời, đảm bảo an toàn cho hành trình của bạn.